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2022高考化学一轮复习 专题十二 化学能与热能1练习

2022高考化学一轮复习 专题十二 化学能与热能1练习

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- 10 -

专题十二　化学能与热能
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考点1　化学反应中能量变化的有关概念
1. [2020天津,10,3分]理论研究表明,在101 kPa和298 K下,HCN(g)HNC(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。下列说法错误的是(　　)

A.HCN比HNC稳定
B.该异构化反应的ΔH=+59.3 kJ·mol-1
C.正反应的活化能大于逆反应的活化能
D.使用催化剂可以改变反应的反应热

2. [2018北京,7,6分]我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如图。

下列说法不正确的是(　　)
A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B.CH4→CH3COOH过程中,有C—H键发生断裂
C.①→②放出能量并形成了C—C键
D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率

3. [2018海南,12,4分][双选]炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法正确的是(　　)

A.每活化一个氧分子吸收0.29 eV的能量
B.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42 eV
C.氧分子的活化是O—O的断裂与C—O键的生成过程
D.炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂
考点2　热化学方程式
4. [2021四川石室中学开学考试]H2O2(l)在有MnO2条件下和无MnO2条件下分解的能量变化如图所示。下列说法错误是(　　)

A.有MnO2条件下的变化曲线是b
B.该反应能量变化类型与氢气燃烧反应的相同
C.加MnO2后,正反应速率增大,逆反应速率减小
D.该反应的热化学方程式为H2O2(l)H2O(l)+12O2(g)　ΔH=(E1E2) kJ·mol-1
5.[2017全国卷Ⅰ,28(2),5分]下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算,可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为　　　　　　　　、　　　　　　　　　,制得等量H2所需能量较少的是　　　　　　　　。 
考点3　盖斯定律的应用及反应热的计算和大小比较
6.[2020浙江7月选考,22,2分]关于下列ΔH的判断正确的是(　　)
CO32-(aq)+H+(aq)HCO3-(aq)　ΔH1
CO32-(aq)+H2O(l)HCO3-(aq)+OH-(aq)　ΔH2
OH-(aq)+H+(aq)H2O(l)　ΔH3
OH-(aq)+CH3COOH(aq)CH3COO-(aq)+H2O(l)　ΔH4
A.ΔH1<0　ΔH2<0　　　　　B.ΔH1<ΔH2
C.ΔH3<0　ΔH4>0　　　　　D.ΔH3>ΔH4
7.[2019浙江4月选考,23,2分]MgCO3和CaCO3的能量关系如图所示(M=Ca、Mg):

已知:离子电荷相同时,半径越小,离子键越强。下列说法不正确的是(　　)
A.ΔH1(MgCO3)>ΔH1(CaCO3)>0
B.ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0
C.ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)=ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO)
D.对于MgCO3和CaCO3,ΔH1+ΔH2>ΔH3
8.(1)[2019全国卷Ⅲ,28(2)改编]已知:
CuCl2(s)CuCl(s)+12Cl2(g)　ΔH1=83 kJ·mol-1
CuCl(s)+12O2(g)CuO(s)+12Cl2(g)　ΔH2=-20 kJ·mol-1
CuO(s)+2HCl(g)CuCl2(s)+H2O(g)　ΔH3=-121 kJ·mol-1
则4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=　　　kJ·mol-1。 
(2)[2017全国卷Ⅲ,28(3),2分]已知:
As(s)+32H2(g)+2O2(g)H3AsO4(s)　ΔH1
H2(g)+12O2(g)H2O(l)　ΔH2
2As(s)+52O2(g)As2O5(s)　ΔH3
则反应As2O5(s)+3H2O(l)2H3AsO4(s)的ΔH=　　　　。 
拓展变式
1.“一碳化工”是重要的化学工业,部分原理如下:
反应①　C(s)+12O2(g)CO(g)　ΔH1
反应②　C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH2=+130 kJ·mol-1
反应③　CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH3=-90.1 kJ·mol-1
反应④　2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　ΔH4
反应④的能量变化如图所示:

反应⑤　3CH3OH(g)CH3CHCH2(g)+3H2O(g)　ΔH5=-31.0 kJ·mol-1
已知:H2的燃烧热为285.8 kJ·mol-1,H2O的汽化热(在一定压强下,1 mol 物质在一定温度下蒸发所需要的热量)为44 kJ·mol-1。回答下列问题:
(1)反应①的ΔH1=　　　　kJ·mol-1。 
(2)反应③中正反应的活化能　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)逆反应的活化能。 
(3)反应④中代表使用催化剂的曲线是　　　　(填“Ⅰ”或“Ⅱ”),曲线Ⅰ的峰中出现小波谷的原因是　　　　　　　　　　　　,反应④的ΔH4=　　　　kJ·mol-1。 
(4)用适量的CO与H2反应,每生成420 g CH3CHCH2(g)时,　　　　(填“吸收”或“放出”)　　　　kJ的热量。 
2.(1)[2016天津,7(4)改编]Si与Cl两元素的单质反应生成1 mol Si的最高价化合物,恢复至室温,放热687 kJ。已知该化合物的熔、沸点分别为-69 ℃和58 ℃。写出该反应的热化学方程式:　 。 
(2)[2015安徽, 27(4),3分]NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2(g)。在25 ℃、101 kPa下,已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ,该反应的热化学方程式是　　　　　　　　　　　　。 
3.[高考组合]请回答下列问题:
(1)[2015新课标全国卷Ⅰ,28(3),2分]已知反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的ΔH=+11 kJ·mol-1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436 kJ、151 kJ的能量,则1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量
为　　　　kJ。 
(2)[2015新课标全国卷Ⅱ,27(1),4分]甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1
②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2
③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH3
已知反应①中相关的化学键键能数据如下:

化学键
H—H
C—O

H—O
C—H
E/(kJ·mol-1)
436
343
1 076
465
413

由此计算ΔH1=　　　　kJ·mol-1;已知ΔH2=-58 kJ·mol-1,则ΔH3=　　　　　kJ·mol-1。 
4.[2020贵州贵阳摸底考试]2 mol金属钠和1 mol 氯气反应的能量关系如图所示,下列说法不正确的是(　　)

A.相同条件下,K(s)的(ΔH'2+ΔH'3)ΔH5
D.ΔH7<0,且该过程形成了分子间作用力
5.[2018浙江下半年选考,21,2分]已知:
H2O(g)H2O(l)　ΔH1
C6H12O6(g)C6H12O6(s)　ΔH2
C6H12O6(s)+6O2(g)6H2O(g)+6CO2(g)　ΔH3
C6H12O6(g)+6O2(g)6H2O(l)+6CO2(g)　ΔH4
下列说法正确的是(　　)
A.ΔH1<0,ΔH2<0,ΔH3<ΔH4
B.6ΔH1+ΔH2+ΔH3-ΔH4=0
C.-6ΔH1+ΔH2+ΔH3-ΔH4=0
D.-6ΔH1+ΔH2-ΔH3+ΔH4=0
答案
专题十二　化学能与热能

1.D　HNC的能量比HCN高,能量越低越稳定,则稳定性较好的是HCN,A项正确;该异构化反应的ΔH=+59.3 kJ·mol-1,为吸热反应,则正反应的活化能大于逆反应的活化能,B、C项正确;使用催化剂能改变反应的历程,但是不影响反应的反应热,D项错误。
2.D　CO2和CH4制备CH3COOH的化学方程式为CO2+CH4CH3COOH,反应中没有副产物生成,所以总反应的原子利用率为100%,A项正确;CH4分子中含有4个C—H键,而CH3COOH分子中含有3个C—H键,显然CH4CH3COOH过程中必有C—H键发生断裂,B项正确;观察反应的示意图可知,①→②过程中放出能量,且在此过程中形成了新化学键,即乙酸分子中的C—C键,C项正确;催化剂能改变化学反应速率,而不影响化学平衡,不能提高反应物的平衡转化率,D项错误。
3.CD　根据题图可知,每活化一个氧分子放出0.29 eV能量,A项错误;水可使氧分子活化反应的活化能降低0.18 eV,B项错误;根据题图可知,氧分子的活化是O—O键的断裂和C—O键的生成过程,C项正确;大气中二氧化硫转化为三氧化硫,炭黑颗粒为该反应的催化剂,D项正确。
4C　使用催化剂可降低反应的活化能,结合题图知,b曲线表示使用了催化剂,A项正确;该反应的反应物总能量比生成物总能量高,属于放热反应,氢气的燃烧反应也是放热反应,B项正确;催化剂对正反应速率和逆反应速率均能起到增大的作用,C项错误;由能量变化曲线可知,该反应的热化学方程式为H2O2(l)H2O(l)+12O2(g)　ΔH=(E1-E2) kJ·mol-1,D项正确。
5.H2O(l)H2(g)+12O2(g)　ΔH=286 kJ·mol-1(2分)　H2S(g)H2(g)+S(s)　ΔH=20 kJ·mol-1(2分)　 系统(Ⅱ)(1分)
【解析】　整理热化学方程式如下:①H2SO4(aq)SO2(g)+H2O(l)+12O2(g)　ΔH1=327 kJ·mol-1;②SO2(g)+I2(s)+2H2O(l)2HI(aq)+H2SO4(aq)　ΔH2=-151 kJ·mol-1;③2HI(aq)H2(g)+I2(s)　ΔH3=110 kJ·mol-1;④H2S(g)+H2SO4(aq)S(s)+SO2(g)+2H2O(l)　ΔH4=61 kJ·mol-1。根据盖斯定律知,①+②+③得系统(Ⅰ)的热化学方程式:H2O(l)H2(g)+12O2(g)　ΔH=286 kJ·mol-1。②+③+④得系统(Ⅱ)的热化学方程式:H2S(g)H2(g)+S(s)　ΔH=20 kJ·mol-1。系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)都是吸热反应,从热化学方程式可以看出,系统(Ⅱ)制备1 mol H2需要消耗20 kJ能量,而系统(Ⅰ)制备1 mol H2需要消耗286 kJ能量,故系统(Ⅱ)消耗能量较少。(注意:比较消耗能量只比较数值;比较反应热要考虑正、负号)
6.B　形成化学键要放出热量,ΔH1<0,第二个反应是盐类的水解反应,是吸热反应,ΔH2>0,A项错误,B项正确;酸碱中和反应是放热反应,ΔH3<0,ΔH4<0,C项错误;第三个反应是强酸与强碱的反应,第四个反应(醋酸是弱酸,电离吸热)放出的热量小于第三个反应,但ΔH3和ΔH4都是负值,则ΔH3<ΔH4,D项错误。
7.C　根据已知信息,离子电荷相同时,半径越小,离子键越强。由于r(Mg2+)ΔH1(CaCO3)>0,A项正确;由于ΔH2只与CO32-相关,故ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3)>0,B项正确;根据能量关系图可知ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3,由于ΔH (MgCO3)≠ΔH(CaCO3),故ΔH1(MgCO3)+ΔH2(MgCO3)-ΔH3(MgO)≠ΔH1(CaCO3)+ΔH2(CaCO3)-ΔH3(CaO),而ΔH2(MgCO3)=ΔH2(CaCO3),故ΔH1(MgCO3)-ΔH3(MgO)≠ΔH1(CaCO3)-ΔH3(CaO),ΔH1(CaCO3)-ΔH1(MgCO3)≠ΔH3(CaO)-ΔH3(MgO),C项错误;由于ΔH+ΔH3=ΔH1+ΔH2,而ΔH>0,故ΔH1+ΔH2>ΔH3,D项正确。
8.(1)-116　(2)2ΔH1-3ΔH2-ΔH3(2分)
【解析】　(1)将已知热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,由(①+②+③)×2得4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH=-116 kJ·mol-1。(2)将已知热化学方程式依次编号为①、②、③,根据盖斯定律,由①×2-②×3-③可得As2O5(s)+3H2O(l)2H3AsO4(s)　ΔH=2ΔH1-3ΔH2-ΔH3。

1.(1)-111.8　(2)小于　(3)Ⅰ 　曲线Ⅰ的峰中出现的小波谷对应的能量是生成的中间产物具有的能量,该催化反应包括反应物与催化剂生成中间产物、中间产物再生成产物两个反应过程,都有断键吸热和成键放热的过程　-134　(4)放出　3 013
【解析】　 (1)根据H2的燃烧热和H2O的汽化热可写出热化学方程式:⑥H2(g)+12O2(g)H2O(l)　ΔH6=-285.8 kJ·mol-1;⑦H2O(l)H2O(g)　ΔH7=+44 kJ·mol-1。根据盖斯定律知①=②+⑥+⑦,则ΔH1=ΔH2+ΔH6+ΔH7=+130 kJ·mol-1-285.8 kJ·mol-1+44 kJ·mol-1=-111.8 kJ·mol-1。(2)反应③是放热反应,反应物的能量高,生成物的能量低,正反应活化能小。(3)使用催化剂可降低反应的活化能,故使用催化剂的曲线是Ⅰ;曲线Ⅰ的峰中出现的小波谷对应的能量是生成的中间产物具有的能量,该催化反应包括反应物与催化剂生成中间产物、中间产物再生成产物两个反应过程,都有断键吸热和成键放热的过程。由题图可知,ΔH4=(152-286) kJ·mol-1=-134 kJ·mol-1。(4)根据盖斯定律,由③×3+⑤得3CO(g)+6H2(g)CH3CHCH2(g)+3H2O(g)　ΔH=-90.1 kJ·mol1×3-31.0 kJ·mol-1=-301.3 kJ·mol-1,故生成420 g(即10 mol)CH3CHCH2(g)放出的热量是301.3 kJ·mol-1×10 mol=3 013 kJ。
2.(1)Si(s)+2Cl2(g)SiCl4(l)　ΔH=-687 kJ·mol-1　(2)NaBH4(s)+2H2O(l)NaBO2(s)+4H2(g)　ΔH=-216.0 kJ·mol-1(3分)
【解析】　(1)生成物是四氯化硅,书写热化学方程式的关键是判断常温下四氯化硅的状态,根据其熔点和沸点数据,可推断出四氯化硅在常温下呈液态,据此可写出该反应的热化学方程式。(2)根据题中“每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ”,可得此反应的热化学方程式为NaBH4(s)+2H2O(l)NaBO2(s)+4H2(g)　ΔH=-216.0 kJ·mol-1。
3.(1)299(2分)　(2)-99(2分)　+41(2分)
【解析】　(1)设1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为a kJ,则ΔH=(2a-436-151) kJ·mol-1=+11 kJ·mol-1,解得a=299。(2)反应①中,生成1 mol CH3OH(g)时需要形成3 mol C—H键、1 mol C—O键和1 mol O—H键,则放出的热量为(413×3+343+465) kJ2 047 kJ,同时需要断裂1 mol 键和2 mol H—H键,吸收的热量为(1 076+436×2) kJ=1 948 kJ,则该反应为放热反应,ΔH1=(1 948-2 047) kJ·mol-1=-99 kJ·mol-1;根据盖斯定律,ΔH3=ΔH2-ΔH1=(-58+99) kJ·mol-1=+41 kJ·mol-1。
5. D　K比Na活泼,相同条件下K更易失去电子,则K(s)的(ΔH2'+ΔH3')Br,故相同条件下,2Br(g)的ΔH5'>ΔH5,C项正确;NaCl为离子化合物,不能形成分子间作用力,D项错误。
5.B　ΔH有正、负之分,比较时要连同“+”“-”在内一起比较,类似数学中的正、负数大小的比较。将题给4个已知反应分别命名为反应1、反应2、反应3、反应4,ΔH1与ΔH2所对应的反应均为放热反应,ΔH1<0,ΔH2<0,由盖斯定律可知6×反应1+反应2+反应3=反应4,所以6ΔH1+ΔH2+ΔH3=ΔH4,则ΔH3>ΔH4,B项正确,A、C、D项错误。